Ctedra: CATLISIS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CUYO

FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS A LA INDUSTRIA

Profesor Tit.: Esp. Ing. Laura E. Najar.

JTP: Mgter. Ing. Adriana B. Guajardo.

ATP : Ing. M. Vanesa. Garca.

Alumno:

N Legajo:

Ctedra: CATLISIS

Prctico N 4Diseo de Reactores Catalticos. Determinacin de la Velocidad de reaccin.

Introduccin

En las reacciones catalizadas por slidos las velocidades pueden calcularse como en las reacciones homogneas pero con la precaucin de que la ecuacin utilizada sea dimensionalmente correcta y los trminos definidos con precisin.

Se pueden utilizar dispositivos experimentales tales como Reactores diferenciales (en el se puede considerar que la velocidad es constante en todos los puntos del reactor) o Reactores Integrales (la variacin de la velocidad es tan grande dentro del reactor que se debe considerar en el mtodo de anlisis). Tambin se utilizan Reactores de mezcla completa y reactores con recirculacin.

Problemas

1. Complete el cuadro con las Ecuaciones utilizadas en los distintos casos.Reactor DiferencialReactor

IntegralReactor de Tanque AgitadoReactor con Recirculacin

Carctersticas* til para analizar sistemas reaccionantes complejos .

* Las conversiones pequeas necesitan mediciones ms precisas de las composiciones.

* Variaciones significativas de temperatura de un punto a otro.

* til para modelar reactores grandes de lecho empacado involucrando la transferencia de masa y calor.

* til para analizar sistemas reaccionantes complejos.

* Es probablemente el ms atractivo para estudiar reacciones catalizadas por slidos.* Si la recirculacin es grande se asimila a un tanque agitado.

Ecuaciones

2. En un reactor experimental de lecho de relleno se han obtenido los siguientes datos cinticos para reaccin A (R, utilizando distintas cantidades de catalizador y un caudal de alimentacin constante de FAo = 10 kmol/h.

a) La velocidad de reaccin para la conversin del 40 %.

b) La cantidad de catalizador necesario para alcanzar la conversin del 40 % en un reactor

grande de lecho de relleno con caudal de alimentaci6n de FAo = 400 kmol/hora.

c) La cantidad de catalizador necesaria en el apartado b) si el reactor emplea una recirculacin muy elevada de la corriente de producto.

3. Un gas que contiene A (2 mol/m3) se alimenta (1 m3/h) a un reactor de flujo pistn con recirculacin (volumen del circuito de recirculacin 0,02 m3, 3 kg de catalizador) y se mide la composicin de salida del sistema de reaccin (0,5 mol A/m3). Encontrar la ecuacin de velocidad para la descomposicin de A si la recirculacin es muy grande, A(3R, de primer orden y la alimentacin es 50% inertes y 50% A.

4. En un reactor de mezcla completa tipo cesta se efecta una reaccin catalizada de primer orden con (=0 alcanzndose una conversin del 50%. Calcular la conversin del reactor si se triplica la cantidad de catalizador y permanecen constantes las dems magnitudes.

5. Las experiencias cinticas sobre la reaccin catalizada por slidos A ( 3R se efectan a 8 atm y 700 (C en un reactor de mezcla tipo cesta de 960 cm3 de volumen que contiene 1 g de catalizador de 3 mm de dimetro. La alimentacin constituida por el componente A puro, se introduce a distintos caudales en el reactor y se mide la presin parcial de A en la corriente de salida para los distintos caudales, obteniendo los siguientes resultados:

FA0 mol/h10022410,6

PA,SAL/pA,ent 0,80,50,20,10,05

Determinar la ecuacin cintica que represente la velocidad de reaccin con este catalizador.

6. La reaccin de segundo orden A ( R se estudia en un reactor con recirculacin empleando una relacin de recirculacin muy grande. Se dispone de los siguientes datos:

Volumen hueco del reactor:1 litro

Peso del catalizador empleado: 3 g

Alimentacin al reactor: CA0= 2 mol/l; Fv0= 1 l/h

Condiciones de salida: CA= 0,5 mol/l

a) calcular el coeficiente cintico de esta reaccin indicando unidades

b) Calcular la cantidad necesaria de catalizador en un reactor de lecho de relleno para la conversin del 80 % de una alimentacin de 1000 l/h de concentracin CA0= 1 mol/l.7. Determinacin de la ec. Cintica a partir de un reactor Diferencial

La reaccin cataltica A ( 4R

Se ensaya a 3,2 atm y 117 C en un reactor de flujo en pistn que contiene 0,01 kg de catalizador y emplea una alimentacin formada por un producto parcialmente convertido y 20 litros/h de A puro sin reaccionar. Los resultados son los siguientes:

Experiencia

1

2

3

4

CA, ent. mol/l

0,100

0,080

0,060

0,040

CA, sal. mol/l

0,084

0,070

0,055

0,038

Determinar la ecuacin cintica para esta reaccin

8. Determinacin de la ec. Cintica a partir de un reactor Integral

La reaccin cataltica A ( 4R

Se estudia en un reactor de flujo en pistn empleando distintas cantidades de catalizador con una alimentacin de 20 litros/h de A puro a 3,2 atm y 117 C. Las concentraciones de A en la corriente de salida para distintas experiencias son los siguientes:

Experiencia

1

2

3

4

5

Ctz. Empleado, kg0,020

0,040

0,080

0,120

0,160

CA, sal. mol/l

0,074

0,060

0,044

0,035

0,029

a)Determinar la ecuacin cintica de la reaccin empleando el mtodo integral de anlisis.

b)dem a, pero con el mtodo diferencial de anlisis.

9. Clculo del tamao del reactor a partir de la ecuacin cintica.

Considerando la reaccin del problema 7, partiendo de la ecuacin cintica encontrada y supuesto flujo pistn, determinar la cantidad de catalizador necesario para una conversin del 35% de A a R para un caudal de alimentacin de 2000 mol de A/h a 3,2 atm y 117 C, en un reactor de lecho de relleno.

10.Clculo del tamao del reactor a partir de las concentraciones.

Suponiendo que para la reaccin del problema 7 se dispone de la siguiente gama de valores para la concentracin:

CA mol/l

0,039

0,0575

0,075

0,092

-rA, sal. Mol A/h. Kg ctz

3,4

5,4

7,6

9,1

Partiendo de estos datos y sin utilizar la ecuacin cintica, calclese directamente la cantidad necesaria de catalizador en un lecho relleno, necesario para tratar 2000 mol/h de A puro a 117C (o CA0= 0,1 mol/l, ((=3) y 35% de conversin.

Catlisis 2014 T.P.N4

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